Carbon Neutralization 青年編委專訪 | 青島大學(xué) 張鳳玲

個人簡介

張鳳玲，特聘副研究員，碩士生導(dǎo)師。主要圍繞高比能二次電池材料設(shè)計與界面反應(yīng)機制開展研究，聚焦鋰-氧氣電池、富鋰錳基正極等體系中的氧反應(yīng)調(diào)控、催化電子轉(zhuǎn)移和電極/電解液界面穩(wěn)定化等關(guān)鍵科學(xué)問題。博士畢業(yè)于北京理工大學(xué)，師從陳人杰教授，近年來以第一/共一作者在Angewandte Chemie International Edition、National Science Review、Matter、PNAS等期刊發(fā)表論文，持續(xù)推動電化學(xué)儲能與界面化學(xué)交叉研究。

課題組工作介紹

我們課題組面向國家“雙碳”戰(zhàn)略和高性能儲能器件的發(fā)展需求，長期關(guān)注電化學(xué)儲能過程中材料微觀結(jié)構(gòu)及界面電子轉(zhuǎn)移與器件性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。課題組的研究對象主要包括鋰離子電池、新體系電池等高比能體系，研究特色通過原位磁學(xué)測試技術(shù)（包括原位PPMS、原位EPR）進行電池內(nèi)部電子自旋相關(guān)反應(yīng)機制表征。

在研究思路上，我們強調(diào)從界面和電子結(jié)構(gòu)層面理解電池反應(yīng)，而不僅僅停留在材料形貌或宏觀電化學(xué)性能的比較。課題組通過材料設(shè)計構(gòu)筑、電化學(xué)測試、原位/實時表征和理論計算相結(jié)合，研究電極/電解液界面處的電荷轉(zhuǎn)移、活性中間體演變、反應(yīng)產(chǎn)物成核/分解以及副反應(yīng)抑制機制。希望通過這些基礎(chǔ)研究，為高能量密度、長壽命和高安全性的下一代儲能器件提供可借鑒的材料設(shè)計原則。

您認(rèn)為您所在研究領(lǐng)域未來最主要的研究熱點是什么？

我認(rèn)為電化學(xué)儲能領(lǐng)域未來的研究熱點將更加聚焦在“高能量密度”與“高可靠性”的協(xié)同實現(xiàn)。具體來看，第一，高比能電池體系中的多電子反應(yīng)、氣-液-固三相反應(yīng)和陰離子氧化還原反應(yīng)仍將是重要方向，例如鋰-氧氣電池、富鋰錳基正極、硫基/硝酸根等轉(zhuǎn)化型體系。第二，電極/電解液界面將從體系調(diào)控走向機制化設(shè)計，如何精準(zhǔn)控制溶劑化結(jié)構(gòu)、界面電場、電子態(tài)分布和反應(yīng)中間體壽命，是提升效率與穩(wěn)定性的關(guān)鍵。第三，原位、實時和多尺度表征會成為揭示復(fù)雜電化學(xué)反應(yīng)機制的重要支撐，尤其是對短壽命自由基、中間體、自旋態(tài)和界面電荷轉(zhuǎn)移過程的動態(tài)監(jiān)測。第四，面向產(chǎn)業(yè)化的安全性、低成本、可放大制備與全生命周期評價也會受到更多重視。未來真正有影響力的工作，可能不是單一性能指標(biāo)的提升，而是能夠把“可驗證的新機制”轉(zhuǎn)化為“可推廣的設(shè)計方法”。

您近期在National Science Review期刊發(fā)表了“Spin-polarized d-orbital filling in cobalt catalysts boosts solution-mediated Li-O? batteries”文章。您能否和大家分享這項工作的特色和靈感來源？

這項工作實際上是我個人研究經(jīng)歷的一次自然延伸。碩士階段，我主要圍繞鋰離子電池中過渡金屬基負(fù)極材料的電化學(xué)反應(yīng)機制開展原位磁學(xué)研究。那段經(jīng)歷讓我逐漸認(rèn)識到，過渡金屬材料在儲能反應(yīng)中并不僅僅是提供容量或催化位點，其電子結(jié)構(gòu)、自旋狀態(tài)以及反應(yīng)過程中的磁性演化，往往能夠反映甚至調(diào)控電化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)過程。

進入博士階段后，我開始接觸鋰氧氣電池這一具有超高理論能量密度的新型電池體系。與傳統(tǒng)鋰離子電池不同，鋰氧氣電池的核心反應(yīng)涉及氧氣分子的活化、超氧中間體的生成與轉(zhuǎn)化，以及放電產(chǎn)物的形成和分解。這些過程本質(zhì)上都與電子轉(zhuǎn)移和自旋相關(guān)。特別是氧氣本身具有三線態(tài)基態(tài)，反應(yīng)過程中還會產(chǎn)生具有未成對電子的活性氧中間體，因此我意識到，催化劑的自旋結(jié)構(gòu)可能并不是一個“附加因素”，而是影響鋰氧氣電池反應(yīng)動力學(xué)和可逆性的關(guān)鍵因素。

基于這樣的思考，我們將關(guān)注點放在鈷基催化劑的自旋極化d軌道填充上，嘗試從電子自旋和軌道占據(jù)的角度理解其對溶液介導(dǎo)型鋰氧氣電池反應(yīng)的調(diào)控作用。與以往更多關(guān)注催化劑形貌、比表面積或常規(guī)價態(tài)調(diào)控的研究不同，這項工作希望從更深層次的電子結(jié)構(gòu)出發(fā)，揭示自旋極化d軌道如何影響氧中間體的吸附、電子轉(zhuǎn)移以及Li2O2的可逆生成/分解過程，從而提升電池的反應(yīng)動力學(xué)和循環(huán)穩(wěn)定性。

我認(rèn)為這項工作的特色主要體現(xiàn)在兩個方面：一是將我此前在原位磁學(xué)和過渡金屬電子結(jié)構(gòu)研究中的積累，拓展到了鋰氧氣電池這一更復(fù)雜的氣-液-固多相反應(yīng)體系；二是從“自旋調(diào)控催化”的角度，為理解和設(shè)計高效鋰氧氣電池催化劑提供了新的思路。對我而言，這項工作不僅是一次具體材料體系的性能優(yōu)化，更重要的是嘗試建立自旋電子結(jié)構(gòu)與電池反應(yīng)機制之間的聯(lián)系，為后續(xù)高比能電池體系中的材料結(jié)構(gòu)設(shè)計提供新的啟發(fā)。

作為Carbon Neutralization青年編委，您對Carbon Neutralization 期刊的未來展望是什么？對該期刊進一步推動有關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展有何愿景？

Carbon Neutralization聚焦碳中和相關(guān)前沿科學(xué)與技術(shù)，具有鮮明的交叉學(xué)科屬性。碳中和并不是單一學(xué)科能夠解決的問題，它需要能源、材料、化學(xué)、物理、環(huán)境、工程和產(chǎn)業(yè)體系之間的深度協(xié)同。因此，我期待期刊未來能夠繼續(xù)發(fā)揮高水平學(xué)術(shù)平臺的引領(lǐng)作用，重點關(guān)注清潔能源轉(zhuǎn)化與存儲、二氧化碳捕集與轉(zhuǎn)化、氫能、催化、綠色制造、低碳材料以及能源系統(tǒng)集成等方向的原創(chuàng)性成果。

作為青年編委，我也希望期刊能夠為青年學(xué)者提供更多展示創(chuàng)新思想的機會。例如，可以圍繞新興儲能體系、先進原位表征、人工智能輔助材料設(shè)計、碳中和技術(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)等主題組織專題?？?、青年學(xué)者論壇和高質(zhì)量綜述，促進不同研究群體之間的交流。未來，Carbon Neutralization不僅可以成為發(fā)表優(yōu)秀論文的窗口，也可以成為凝聚學(xué)術(shù)共識、推動交叉融合和服務(wù)國家“雙碳”戰(zhàn)略的重要平臺。

您從事科研以來，事業(yè)一直在穩(wěn)步發(fā)展，能否請您談?wù)勀侨绾芜M行職業(yè)規(guī)劃的呢？職業(yè)發(fā)展中最重要和最難忘的經(jīng)歷是什么呢？您覺得對您的職業(yè)影響最大的人是誰？

我的職業(yè)規(guī)劃總體上是圍繞一個相對穩(wěn)定的科學(xué)問題逐步深入：如何從材料結(jié)構(gòu)和界面電子轉(zhuǎn)移出發(fā)，理解并調(diào)控高比能電池中的復(fù)雜電化學(xué)反應(yīng)。博士階段，我接受了較為系統(tǒng)的電化學(xué)儲能訓(xùn)練，逐漸認(rèn)識到真正有價值的研究不僅要追求性能提升，更要回答“為什么”和“如何進一步推廣”的問題。進入青島大學(xué)后，我希望在已有研究基礎(chǔ)上進一步形成自己的特色，把高比能電池、界面反應(yīng)機制和原位表征方法結(jié)合起來，圍繞氧反應(yīng)、界面副反應(yīng)和催化電子轉(zhuǎn)移等方向持續(xù)積累。

對我而言，最難忘的經(jīng)歷是研究中第一次通過實驗結(jié)果清晰捕捉到復(fù)雜電池反應(yīng)背后的關(guān)鍵機制。當(dāng)一個原本宏觀上只能看到容量、電壓和循環(huán)曲線變化的問題，能夠通過電子結(jié)構(gòu)或界面演變得到解釋時，會讓人真切感受到科學(xué)研究的深度。

對我職業(yè)影響最大的是碩士、博士階段和工作以來遇到的導(dǎo)師、合作老師以及團隊伙伴。他們不僅在學(xué)術(shù)上給予我嚴(yán)格訓(xùn)練，也讓我認(rèn)識到科研需要長期主義：既要敢于提出新問題，也要耐得住反復(fù)驗證的過程；既要關(guān)注前沿?zé)狳c，也要保持對基礎(chǔ)科學(xué)問題的敬畏。

您認(rèn)為什么是科學(xué)工作者最重要的品質(zhì)？您在選擇研究生的時候有什么標(biāo)準(zhǔn)？您對有志從事科學(xué)研究的青年學(xué)生有什么建議？

我認(rèn)為科學(xué)工作者最重要的品質(zhì)首先是真誠和嚴(yán)謹(jǐn)?？蒲兄械暮芏鄦栴}并不會按照預(yù)期發(fā)展，面對“不好看”的數(shù)據(jù)或暫時解釋不通的現(xiàn)象，能否客觀記錄、反復(fù)驗證并誠實面對，是科研訓(xùn)練中非常重要的一部分。其次是好奇心和韌性。真正的創(chuàng)新往往來自對細(xì)節(jié)的追問，而不是簡單重復(fù)已有路線；同時，科研也不可避免會經(jīng)歷失敗和等待，需要長期堅持。

在選擇研究生時，我更看重學(xué)生是否真正對科研有興趣，是否愿意主動學(xué)習(xí)和思考?；A(chǔ)可以逐步訓(xùn)練，但責(zé)任心、執(zhí)行力、邏輯表達能力和團隊合作意識非常關(guān)鍵。我也希望學(xué)生能夠保持開放心態(tài)，既能踏實完成實驗，也愿意閱讀文獻、提出問題并參與討論。

對有志從事科研的青年學(xué)生，我的建議是盡早建立扎實的基本功，包括文獻閱讀、實驗規(guī)范、數(shù)據(jù)分析和學(xué)術(shù)表達；同時不要過早被短期結(jié)果限制，要學(xué)會從失敗實驗中尋找信息。選擇一個真正值得長期投入的問題，比追逐短期熱點更重要。

科研工作之余，您如何平衡生活和工作？您最大的愛好是什么？

科研工作具有很強的連續(xù)性，很多時候?qū)嶒灐?shù)據(jù)和論文會占據(jù)大量時間。我的理解是，生活和工作的平衡并不一定意味著把二者完全切開，而是要形成相對穩(wěn)定、可持續(xù)的節(jié)奏。在工作中盡量提高效率，把重要事情按優(yōu)先級推進；在工作之外，也要給自己留出恢復(fù)精力和整理思路的時間。很多科研想法并不是在最緊張的狀態(tài)下產(chǎn)生的，適當(dāng)放松反而有助于保持長期創(chuàng)造力。

我的愛好比較簡單，主要是閱讀、運動和與家人朋友相處。閱讀可以讓我從科研之外獲得新的視角，運動能夠幫助自己保持狀態(tài)。對青年科研工作者來說，保持身心健康非常重要。只有擁有穩(wěn)定的節(jié)奏和積極的心態(tài)，才能更好地面對科研中的不確定性和長期挑戰(zhàn)。

期刊介紹

發(fā) 展 歷 程

2022年7月17日

期刊首刊發(fā)布儀式

2023年3月10日

期刊編委會在中國國際鈉離子電池前沿技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇期間舉辦

2023年3月11日

高級編委聘任儀式在中國國際鈉離子電池前沿技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上舉行

2023年5月

被國際知名學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫DOAJ收錄

2024年3月10日

助力第二屆中國國際鈉離子電池前沿技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇

2024年4月16日

被ESCI數(shù)據(jù)庫收錄

2024年9月20日

助力2024納米材料與器件創(chuàng)新發(fā)展大會

2024年11月16日

助力2024世界青年科學(xué)家峰會新能源技術(shù)論壇

2025年6月18日

獲得首個影響因子=12

2025年7月18日

被EI數(shù)據(jù)庫收錄

2025年8月16日

被Scopus數(shù)據(jù)庫收錄

2025年8月21日

助力2025全省特種電池材料與技術(shù)重點實驗室正式啟動

2025年11月26日

2026年3月24日

入選新銳分區(qū)

Carbon Neutralization（《碳中和研究》期刊）是溫州大學(xué)與Wiley共同出版的國際性跨學(xué)科開放獲取期刊，立志成為綜合性旗艦期刊。期刊于2022年創(chuàng)刊，名譽主編由澳大利亞新南威爾士大學(xué)Rose Amal院士擔(dān)任，主編由溫州大學(xué)校長趙敏教授和溫州大學(xué)碳中和技術(shù)創(chuàng)新研究院院長侴術(shù)雷教授擔(dān)任，編委會由來自11個國家和地區(qū)的28名國際知名專家學(xué)者組成，其中編委會19位編委入選2025年度全球“高被引科學(xué)家”。且期刊已被ESCI、Scopus、EI、CAS、DOAJ數(shù)據(jù)庫收錄，入選為中國科技期刊卓越行動計劃二期高起點新刊、新銳分區(qū)、JCR分區(qū)Q1，并于2025年獲得首個影響因子12。

Carbon Neutralization（《碳中和研究》期刊）重點關(guān)注碳利用、碳減排、清潔能源相關(guān)的基礎(chǔ)研究及實際應(yīng)用，旨在邀請各個領(lǐng)域的專家學(xué)者發(fā)表高質(zhì)量、前瞻性的重要著作，為促進各領(lǐng)域科學(xué)家之間的合作提供一個獨特的平臺。

一審 |

張鳳玲

二審 |

謝棉棉

三審 |

侴術(shù)雷

在線投稿

wiley.atyponrex.com/journal/CNL2

期刊編輯部

carbon-neutralization@wzu.edu.cn.

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